基础医学

干细胞培育新突破!长在培养基中的胃

作者:李易潇 来源:生物360 日期:2017-01-10
导读

         胃病,十有八九的人都患过或患有此类疾病。胃癌是世界范围内癌症相关死亡的第三大原因。美国科学家在 Nature 上的新研究,成功利用人类多能干细胞在培养皿中培育出能产生胃酸和消化酶的胃底类器官。这一胃类器官是研究胃部基底的发育、胃生理学和病理学分子基础的强有力模型,并且还将为药物的开发提供新平台。

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        1月4日在线发表了 Cincinnati 儿童医院医疗中心的最新研究, James M. Wells 领导的研究团队在实验室的胃体/基底区域培育出了基底型胃组织。继两年前Nature报道在实验室中成功利用人类干细胞培育出微型胃(胃窦部)后,这一研究团队今年再次在Nature上发文,成功培育出胃底组织。这一发现意味着研究人员可以通过培育人类胃窦和胃底的胃微型器官,来进行疾病研究,并模拟新的治疗方法,并以前所未有的方式了解人类胃的发育和健康。

        尽管胃病在全球流行,但目前没有适当的模型来研究人胃的基底上皮。研究人员首先通过确定胚胎发育中的关键事件,将人类多能干细胞(hPSCs)分化为含有基底上皮的胃类器官。通过对小鼠进行研究,发现在小鼠胚胎中 Wnt / β-catenin 信号转导的破坏将导致基底向窦性上皮的转化,并且hPSC来源的肠祖细胞中的 β-catenin 激活会促进人类胃底类器官(hFGOs)的发育。

        1、白手起家

        当前研究遇到的主要挑战是缺乏关于在胚胎发育期间胃是如何正常产生的基本知识。在确定这一知识之前,研究人员不能在培养皿中培育人的胃组织。

        为了填补这个空白,他们研究了小鼠中胃在胚胎发育过程中背后的遗传学知识。他们发现最基本的遗传途径(WNT /β-catenin)在指导胚胎期小鼠胃基底/胃底区域的发育中起重要作用。之后,研究人员通过调控培养皿中的 WNT /β-catenin 信号触发多能干细胞分化为人类胃底组织。

        研究人员随后进一步完善过程,使用 hFGOs 鉴别驱动形成胃底细胞类型的关键分子信号。这些细胞主要包括产生胃蛋白酶的主细胞和胃壁细胞。胃壁细胞分泌盐酸和内因子,盐酸促进消化,内因子促进肠道吸收维生素 B12,维生素 B12 对于造血细胞和维持正常的神经系统至关重要。多能干细胞在培养皿中形成胃底组织需要大约六周的时间。

        2、方向性拓展

        研究团队的下一步研究是,将培育出的胃类器官移植到小鼠模型中来模拟人类胃病的发展。研究人员想探讨在感染幽门螺杆菌后基底部是如何发生反应的。幽门螺杆菌引起慢性胃炎、胃溃疡,并且是胃癌发展的主要危险因素。

        将胃类器官与肠类器官组合在一起,以研究身体如何控制消化和并进行适当的营养物质吸收,以及影响胃肠道的其他医学病症。

        Wells 实验室研究的主要焦点是消化器官器官在胚胎发育过程中是如何形成的。包括食道、胃、胰腺和肠。同时也致力于对寻找新的治疗遗传疾病,如单基因糖尿病和 Hirschsprung 氏病。

        原始出处:

        1.Kyle W. McCracken,et al.Wnt/β-catenin promotes gastric fundus specification in mice and humans. Nature.04 January 2017.

        2. Mark Zastrow.Tiny human stomachs grown in the lab. Nature.29 October 2014.

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